专利名称：水净化装置和水净化方法
技术领域：
本发明涉及除去从例如河川、湖泊、池塘等水引入的水中杂质的水净化装置和水净化方法。
背景技术：
作为从河川、湖泊、池塘等污水中除去杂质的一种方法，已知有向污水中加入作为絮凝剂的药物，通过对污水中所含杂质的反离子效应来凝集沉淀的化学方法。污水中悬浮的10-9至10-6米大小范围内的颗粒称为胶体，它难以通过自然沉降和过滤来简单地分离。因此，上述化学方法能使这些微粒凝集成达到一定程度大小，然后使其分离。
胶体粒子带电荷，带负电的粒子表面特异性地吸附正离子，在其外侧形成了离子扩散层，通过粒子的移动，在与该扩散层的滑动面上产生了-20至-30mV的ζ电位。由于该ζ电位在粒子间产生了大部分的排斥能量，形成了能垒，因此絮凝剂中和了该ζ电位，减少了势垒电位，使颗粒相互吸附。
絮凝剂大致分为无机盐、有机高分子化合物和絮凝助剂。在通常采用的无机盐类中，代表性的是硫酸铝、碱性氯化铝、硫酸铁和氯化铁。当将无机盐类絮凝剂加入污水中搅拌时，絮凝剂中带正电荷的金属离子与污水中的胶体粒子负ζ电位中和并吸附。
这样，在混合絮凝剂来中和胶体粒子的ζ电位的情况下，带正电的金属离子的量需要与负的ζ电位相适应。因此，污水中的负ζ电位越大，与其对应的反应的金属粒子的量就需要越大，为了除去污水中的杂质，需要加入大量絮凝剂。
如果为了絮凝而加入许多絮凝剂，则絮凝沉淀量也因絮凝剂的添加而变多，从而使絮凝沉淀物的回收增加麻烦。而且，某些絮凝剂对自然界有影响，其用量宜尽可能地少。
因此，本发明的目的是提供能用少量絮凝剂来有效除去污水中杂质的水净化装置和水净化方法。
发明揭示本发明的水净化装置是通过絮凝剂的抗衡粒子效应来絮凝分离污水中的杂质，在污水和絮凝剂接触的絮凝槽之前或之后装有使污水电解的电解槽。另外，本发明的水净化方法是通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离杂质的水净化方法，其特征是在电解污水后加入絮凝剂，或在污水加入絮凝剂后使污水电解。
根据本发明，由于污水中的胶体粒子的ζ电位通过电解而接近零，因此能降低胶体粒子的ζ电位。因而，一旦ζ电位降低，为中和胶体粒子添加的带正电絮凝剂的量就能减少，就能有效地使污水中的杂质絮凝。
用来电解污水的电解槽宜根据污水水质即污水中的杂质种类，配制在絮凝槽之前或之后。基本上，是将电解槽置于絮凝槽之前，将絮凝剂加入电解后的污水中进行絮凝。然而，将电解槽置于絮凝槽之后，在将絮凝剂加入污水中之后电解污水，这也可如上所述降低污水中的胶体粒子的ζ电位，利用少量絮凝剂就可使污水中的杂质有效地絮凝。
在这里，作为絮凝剂，可以根据污水中溶解的杂质成分，适当地使用铁、铝、铜、锌等金属板通过电解而溶解产生的金属离子，较佳的是用铁离子(Fe3+)。
Fe3+比Fe2+稳定。不象Fe2+容易氧化变成棕红色的FeO那样，Fe3+很少使被处理的水带色。另外，由于铁对人体没有不良影响，即使利用Fe3+没有絮凝而是排出也没有害。
另外，本发明的水净化装置宜有将二氧化碳混入污水中的气体混合槽。通过将二氧化碳混入污水中，将污水中氢离子浓度指数调节至最容易絮凝的数值，就能非常有效地絮凝污水中的胶体离子，除去胶体。
另外，还希望本发明的水净化装置在絮凝槽上游有检测氢离子浓度指数的装置以及根据该检测装置检测出的氢离子浓度指数调节二氧化碳向气体混合槽的供给量的装置。这样，就能自动调节与污水混合的二氧化碳的供给量，保持氢离子浓度指数一定，从而能非常有效地稳定地除去污水中的胶体粒子。
附图简述
图1是显示本发明实施方案中水净化装置的构成的方框图。图2是图1所示絮凝剂制备装置的示意图。图3显示了图2的铁离子反应槽结构，其中(a)是内部平面图，(b)是内部侧面图。图4显示了本发明其它实施方案中水净化装置结构的方框图。
实施发明的最佳方式图1是显示本发明实施方案的水净化装置的结构的方框图。在该图中，本实施方案中的净化装置主要由以下构成，从污水引入侧依次是，电解污水的电解槽1、将二氧化碳混入电解的污水中的气体混合槽2、在污水中混入絮凝剂使污水中杂质絮凝的絮凝槽3以及使絮凝的杂质浮选分离的浮选分离槽4。
电解槽1有不锈钢、铂和碳等制成的电极，通过控制电量的控制器(图中未显示)向该电极通直流电。这里，关于负极，为了不使其因通电而溶解，在其表面涂布钛、铱、钯、铂、铪等涂层。引入这样的电解槽1内的污水通过电解使污水中所含胶体粒子的ζ电位接近0。此时，利用控制器控制向电极的通电量，使ζ电位变成弱的负值。
气体混合槽2与能调节二氧化碳供给量的二氧化碳供给装置5相连。在电解槽1中电解的污水当pH较高时，混合入二氧化碳供给装置5所供给的二氧化碳。另外，在气体混合槽2的下游、絮凝槽3的上游，设有检测氢离子浓度指数(pH)的pH传感器6，将该pH传感器6的输出提供给二氧化碳供给装置5作为输入。二氧化碳供给装置5根据pH传感器6的输入值(pH)来自动调节向气体混合槽2的二氧化碳供给量，将通过pH传感器6所检测的污水的pH调节为5.3-8。
絮凝槽3与絮凝剂制备装置7相连，该絮凝剂制备装置通过铁电极电解迅速氧化得到作为絮凝剂的三价铁离子(Fe3+)。这里参照图2和图3详细说明絮凝剂制备装置7。图2是图1所示絮凝剂制备装置7的示意图，图3显示了图2的铁离子反应槽13的结构，(a)是内部平面图，(b)是内部侧面图。
絮凝剂制备装置7由制造溶解了高浓度氧的水的高浓度氧水制备装置11、将制备的溶解了氧的水作为被处理水与原料水混合来调节氧浓度的氧水调节槽12、通过电解从铁电极中溶解出铁离子与溶解了氧的水中的氧接触制得絮凝剂的铁离子反应槽13、以及作为控制高浓度氧水制备装置11和向铁电极的通电量的控制装置的控制面板14构成。
高浓度氧水制备装置11是使氧气瓶(图中未显示)供给的氧以直径为0.01-0.05毫米的小气泡形式溶解在从原料水取出的水中从而制成溶解了氧的水的装置。形成微小气泡的氧在水中的溶解效率提高，氧浓度显示出比一般水中氧溶解量为10-15ppm高很多的数值。利用该高浓度氧水制备装置11可得到氧浓度为20-50ppm的溶解了氧的水。
氧水调节槽12是将高浓度氧水制备装置11所得的溶解了氧的水与原料水混合来调节氧浓度的槽。将该氧水调节槽12中的氧浓度经调节的溶解了氧的水供给下一步的铁离子反应槽13。
如图3所示，铁离子反应槽13中设有多个作为铁制板状电极的电极板16，这些电极板在溶解了氧的水的流动方向的垂直方向上并排设置，各电极板16的表面与溶解了氧的水的流动方向平行。电极板16间隔约10毫米，各电极板16中每块电极板交替施加正负极性不同的电压。
在电极板16的含溶解氧的水的流动方向的前面有为了使从氧水调节槽12流入的含溶解氧的水在各电极板16之间平均流入的调节板17。而且，在电极板16的含溶解氧的水的流动方向的后面，有整个面均匀形成孔的冲孔板18。另外，电极板16的下游侧有检测水中Fe3+浓度的铁离子浓度传感器19a和检测水中氧浓度的氧浓度传感器19b。
控制面板14根据铁离子浓度传感器19检测出的Fe3+浓度来控制从高浓度氧水制备装置11向氧水调节槽12供给的含溶解氧的水的供给量、高浓度氧水制备装置11制造的含溶解氧的水的氧浓度、向电极板16间施加的直流电压(DCV)通电量、以及电极板16之间的含溶解氧的水的通水量。
从高浓度氧水制备装置11向氧水调节槽12供给的含溶解氧的水的供给量是通过控制设置在高浓度氧水制备装置11和氧水调节槽12之间的电磁阀20a的开度进行调节的。高浓度氧水制备装置11制备的含溶解氧的水的氧浓度是根据氧浓度传感器19b检测的氧浓度通过控制向高浓度氧水制备装置11的氧供给量和原料水的加入量进行调节的。电极板16之间的含溶解氧的水的通水量是通过控制设置在氧水调节槽12和铁离子反应槽13之间的电磁阀20b的开度进行调节的。
在具有上述构成的絮凝剂制备装置7中，利用氧水调节槽12来混合高浓度氧水制备装置11得到的氧浓度20-50ppm的溶解了氧的水和原料水，使氧浓度调节后的含溶解氧的水流入铁离子反应槽13中。流入铁离子反应槽13的含溶解氧的水通过调节板17均匀地流入各电极板16之间。
另一方面，在铁离子反应槽13中，通过施加在电极板16上的电压，使Fe从电极板16中溶解出来，产生Fe2+和Fe3+。在这里，通过由氧水调节槽12提供20-50ppm的溶解了高浓度氧的含溶解氧的水，Fe2+被迅速氧化，并完全氧化成非常稳定的Fe3+的状态。
另外，在该絮凝剂制备装置7中，根据电极板16下游的Fe3+浓度，为使Fe3+浓度最大，通过控制面板14控制含溶解氧的水的供给量、含溶解氧的水的氧浓度、电极间的通电量以及电极间的通水量。另外，通过控制使该Fe3+的浓度维持最大状态，能高效地得到Fe3+。
另外，由于采用自然界中大量存在的廉价的铁作为电极，装置的制造成本和运行成本得以降低。而且，由于使氧溶解于水使水的电导率上升，因此有可能使电解板16电解所需的电压量下降。因此，可以使用太阳能电池作为电源，所以使用含溶解氧的水的絮凝剂制备装置7是节能型的。
回过来看图1，在絮凝槽3中，将絮凝剂制备装置7供给的Fe3+混入从气体混合槽2引入的污水中，使污水中的胶体粒子絮凝，形成絮凝物。由于从气体混合槽2引入的污水被调节至Fe3+进行最有效絮凝的pH(5.3-6.5)，而且其ζ电位低，所以中和污水所需的Fe3+的量很少，能最有效地进行絮凝。在浮选分离槽4中，利用加压浮选等方法使絮凝槽3中形成的絮凝物浮选分离，得到除去杂质的净化水。
在具有上述结构的水净化装置中，通过使引入电解槽1的污水电解，该污水中所含的胶体粒子的ζ电位接近正负抵消，成为弱负值。包含此低ζ电位的胶体粒子的污水与二氧化碳供给装置5引入气体混合槽2的二氧化碳混合，调节至pH5.3-8。
在下一步的絮凝槽3中，通过和絮凝剂制备装置7提供的Fe3+混合来进行絮凝。除了从气体混合槽2引入的污水中胶体粒子的ζ电位低之外，还由于污水保持在利用Fe3+最有效絮凝的pH5.3-8，因此即使絮凝剂制备装置7供给少量Fe3+，也能进行充分地絮凝。用浮选分离槽4除去利用这种絮凝形成的絮凝物，排出净化水。
这样获得的净化水不会被着色，因为使用了Fe3+作为絮凝剂，且如果Fe3+没有被用来絮凝而是排出，它也不会对人体有不良影响。另外，根据本发明，由于净化所需的Fe3+用量少，所以能获得絮凝剂(Fe3+)加入量少的运行成本极低的水净化装置。
在如图1所示的本实施方案中，是以电解槽1布置在絮凝槽3之前的情况为例进行了说明，但是也可以是如图4所示电解槽1布置在絮凝槽3之后。
在这种情况下，在絮凝槽3中加入了絮凝剂(Fe3+)，在电解槽1中进行电解的污水，它在絮凝槽3中开始的絮凝作用在浮选分离槽4中也在继续。在浮选分离槽4中，通过絮凝形成的絮凝物在上浮时进一步长大。因此，即使将电解槽1置于絮凝槽3之后，在污水中加入絮凝剂(Fe3+)之后进行电解，也使所述污水中胶体粒子的ζ电位降低，利用少量絮凝剂也能有效地絮凝污水中的杂质。
在本实施方案中，是使用絮凝剂制备装置7制备的Fe3+作为絮凝剂，但是根据污水中溶存的杂质成分也可使用通过铝、铜、锌等金属板电解而溶解的金属离子。在这种情况下，电解槽1也能使污水中所含的胶体粒子的ζ电位降低并接近正负抵消(plus-minus zero)，这样供给的金属离子只需少量就能有效地絮凝污水中的杂质。
工业上的利用可能性本发明涉及的水净化装置和水净化方法可用作向河川、湖泊、池塘等污水中加入絮凝剂来絮凝除去杂质的水净化装置和水净化方法。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化装置，所述水净化装置具有使所述污水和絮凝剂接触的絮凝槽、在絮凝槽之前或之后对所述污水进行电解的电解槽、以及在所述污水中混入二氧化碳的气体混合槽。
2.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化装置，所述水净化装置具有使所述污水和絮凝剂接触的絮凝槽、在絮凝槽之前或之后对所述污水进行电解的电解槽，且采用三价铁离子作为所述絮凝剂。
3.删除。
4.根据权利要求2所述的水净化装置，其中该装置具有向所述污水中混入二氧化碳的混合槽。
5.根据权利要求1所述的水净化装置，其中该装置具有在所述絮凝槽上游的检测氢离子浓度指数的装置，以及根据该装置检测出的氢离子浓度指数调节向所述气体混合槽供给的二氧化碳供给量的装置。
6.根据权利要求4所述的水净化装置，其中该装置还具有在所述絮凝槽上游的检测氢离子浓度指数的装置，以及根据该装置检测出的氢离子浓度指数调节向所述气体混合槽供给的二氧化碳供给量的装置。
7.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化方法，其特征在于，在电解所述污水后，混入二氧化碳，将所述絮凝剂加入污水中。
8.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化方法，其特征在于，在所述污水中混入二氧化碳，加入所述絮凝剂，然后对所述污水进行电解。
9.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化方法，其特征在于，在电解所述污水后，加入作为所述絮凝剂的三价铁离子。
10.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化方法，其特征在于，在所述污水中加入作为絮凝剂的三价铁离子，然后电解所述污水。
权利要求
1.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化装置，它具有使所述污水和絮凝剂接触的絮凝槽以及在絮凝槽之前或之后对所述污水进行电解的电解槽。
2.根据权利要求1所述的水净化装置，其中采用三价铁离子作为絮凝剂。
3.根据权利要求1所述的水净化装置，其中该装置具有向所述污水中混入二氧化碳的混合槽。
4.根据权利要求2所述的水净化装置，其中该装置具有向所述污水中混入二氧化碳的混合槽。
5.根据权利要求3所述的水净化装置，其中该装置还具有在所述絮凝槽上游的检测氢离子浓度指数的装置，以及根据该装置检测出的氢离子浓度指数调节向所述气体混合槽供给的二氧化碳供给量的装置。
6.根据权利要求4所述的水净化装置，其中该装置还具有在所述絮凝槽上游的检测氢离子浓度指数的装置，以及根据该装置检测出的氢离子浓度指数调节向所述气体混合槽供给的二氧化碳供给量的装置。
7.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化方法，其特征在于，在电解所述污水后，将所述絮凝剂加入污水中。
8.一种通过絮凝剂的反离子效应来絮凝分离污水中杂质的水净化方法，其特征在于，在所述污水中加入所述絮凝剂之后，对所述污水进行电解。
全文摘要
一种水净化装置和方法，该装置从污水进料侧依次有电解污水的电解槽(1)、将二氧化碳与电解的污水混合的气体混合槽(2)、通过将水与絮凝剂制备装置(7)提供的Fe
文档编号C02F1/52GK1392865SQ01802927
公开日2003年1月22日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年9月28日
发明者泽田善行 申请人:津田善行